1 (3) CHEMICKÉ SLOŢENÍ ORGANISMŮ Prvky Stejné prvky a sloučeniny se opakují ve všech formách života, protože mají shodné principy stavby těla i metabolismu. Např. chemické děje při dýchání jsou stejné pro rostliny i živočichy. Všechny základní sloučeniny obsažené v organismech vznikají z jednoduchých látek nacházejících se v jejich okolí. Je to např. H2O, CO2, NH3, SO2… Biogenní prvky – jsou prvky, které se vyskytují v organismech Podle % zastoupení v organismech je dělíme na: Makrobiogenní – 1 a více% (C, O, H, N, P, Ca,) Oligobiogenní 0,05% – 1% (K, Na, Cl, S, Mg, Fe…) Mikrobiogenní - méně než 0,05% (F, Br, B, Mn, Si, Cu, Zn, Co, Mo…) Srovnání těla člověka chemických prvků Prvky C Člověk 21 Rostlina - dřevina 45
a rostliny z hlediska průměrného % zastoupení O H 62,5 10 45 6
N 3,1 1,5
P 1 0,2
Ca 1,9 0,5
Mikrobiogenní prvky - nazýváme běžně jako stopové prvky. Přestože se v organismu nachází ve velmi malém množství, tak jsou pro fungování životních funkcí nepostradatelné. Jen však v „optimálním“ množství, je-li jich méně nebo více, mohou způsobit závažné poruchy zdraví, nebo i smrt. Nepotřebné a jedovaté prvky (Hg, Ti, Pb, Ni, Ag…) se mohou v těle hromadit po překročení určitého množství způsobit chronickou otravu a zdravotní potíže. Těţké kovy! Oligobiogenní prvky – bývají běžnou součástí organismů, ale v těle jich již podstatně méně (do 1%) než prvků makrobiogenních. K – rostliny i živočichové ho přijímají jako kationtu K+. U rostlin podporuje tvorbu kvalitních plodů, zvyšuje množství vody v buňkách a jejich metabolickou aktivitu. U živočichů se podílí na celé řadě metabolických dějů a přenosu nervového vzruchu. Nedostatek se u rostlin projevuje špatnou kvalitou plodů a žloutnutím listů. S – rostliny ho přijímají výlučně ve formě SO42- z půdního roztoku. Síra je součástí některých aminokyselin a enzymů. V půdě je jí obvykle dostatek. Fe – pouze ve formě Fe2+, je součástí řady enzymů účastnících se fotosyntézy. U živočichů je stěžejní jeho přítomnost v hemoglobinu - červeném krevním barvivu. Nedostatek způsobuje chudokrevnost (nedostatek červených krvinek). Makrobiogenní prvky – tvoří nejvýznamnější organické látky těl organismů. C – tvoří kostru všech organických látek. Do těla rostlin se dostává ve formě CO2 – je to základní stavební prvek všech organických látek, které vznikají při fotosyntéze.
Živočichové uhlík přijímají výhradně v potravě ve formě organických sloučenin – cukry, tuky, bílkoviny. O2 – organismy ho přijímají buď ve formě sloučenin (H2O, CO2) nebo jako plynnou dvoumolekulu O2. V plynné dvoumolekule O2 má zásadní význam při uvolňování energie z organických látek – dýchání. H – přijímán vždy ve formě sloučenin H2O, NH3, H3PO4… Vodík ovlivňuje pH, jeho molekula tvoří redukční činidlo v buněčném metabolismu – dýchání. N – rostliny ho přijímají v anorganických sloučeninách NO3, NH3, živočichové výhradně ve formě bílkovin. Dusík je zásadní součástí všech aminokyselin, které jsou základní stavební jednotkou bílkovin. (bílkoviny tvoří např. svaly, kůži a její deriváty, vnitřní orgány,…) Nadbytek i nedostatek anorganického dusíku v půdě má negativní vliv na pěstování rostlin a následnou kvalitu potravin. Nadbytek podporuje překotný růst vegetativních částí rostliny a způsobuje tmavě zelené zbarvení listů. Nedostatek se projevuje zesvětláním listů a zpomalením růstu. P – je rostlinami přijímán ve formě H2PO4-. Fosfor je součástí mnoha látek, obsahují ho membrány buněk, enzymy i energeticky nejvýznamnější látka všech buněk ATP – adenosintrifosfát – což je universální energetická „měna“ všech živých buněk. Z rostlin ho potřebují především ty, které hromadí v těle velké množství cukrů – brambory, cukrovka, obilí, vinná réva… Ca – Přijímají rostliny i živočichové formou kationu Ca2+, spolu s K+ reguluje vodní režim rostlinné buňky a příznivě působí na růst kořenů. U živočichů je vápník nezbytnou součástí opěrné soustavy a zubů (uhličitan vápenatý - CaCO3, fosforečnan vápenatý Ca3(PO4)2). Podílí se však také na přenosu nervového vzruchu a kontrakci svalů. Nedostatek Ca u rostlin způsobuje zahnívání kořenů, u živočichů špatný vývoj a stav kostí.
Základní sloučeniny v organismech A – anorganické – neobsahují uhlíkatý řetězec - voda a látky v ní rozpuštěné B – organické – obsahují uhlíkaté řetězce - cukry, tuky, bílkoviny a nukleové kyseliny Průměrné % zastoupení základních látek v organismu: ţivočichové rostliny Anorganické - voda 60 75 - minerální látky Organické - bílkoviny - tuky - cukry - nukleové kys.
4 18 11 6 1 – 1,5
2 4 1 15
houby 89 1 3 0,5 2
1
1
Voda – představuje základní podmínku života, v živých organismech tvoří cca 3 – 99 % objemu tkání. Je základním rozpouštědlem většiny chemických sloučenin. Příjem anorganických látek organismy - rostliny přijímají anorganické látky rozpuštěné ve vodě ve formě iontů z půdy! Živočichové také, ale převažuje u nich příjem ve formě složitějších látek obsažených ve stravě. Např. N – ve formě bílkovin. C – ve formě cukrů atd.
% obsah vody v těle organismů ţivočichové rostliny houby medúzy 99 vodní řasy 98 hnojník 95 slepičí vejce 74 brambora 75 hřib 91 svaly 55 – 75 listy 50 – 70 pýchavka 87 zubovina, kost 10 semena 3 – 25 lanýž
75
Organické látky Jsou makromolekulární látky, které obsahují sloučeniny uhlíku a vodíku (C+H) Tvoří nepřeberné množství sloučenin a neustále se objevují nové. Základních cca 100 sloučenin se nachází takřka ve všech buňkách. Základní organické sloučeniny – cukry, tuky, bílkoviny a nukleové kys. Ostatní organické látky jsou kvantitativně méně zastoupené, ale mají své specifické zcela nezastupitelné funkce – vitamíny, enzymy, hormony atd.
Aminokyseliny, bílkoviny Nachází se ve všech buňkách. U živočichů jsou základním stavebním materiálem především kůţe, nehtů, kopyt, chlupů, svalů a vazů, ale i regulačních látek – enzymy, hormony atd. V rostlinách se ve větší míře nachází hlavně v plodech a klíčí-cích semenech. (ovesné vločky, luštěniny, ořechy…) Bílkoviny jsou makromolekulární látky tvořené cca 20 různými aminokyselinami. Ty se však mnohokrát opakují a molekula bílkoviny je tvořena stovkami až tisíci molekul. Bílkoviny jsou poměrně citlivé na změny vnějšího prostředí – vlivem fyzikálních jevů (teplota) nebo chemických látek (soli, kyseliny, zásady, etanol) rychle dochází ke sráţení (koagulaci) molekul, při které se nevratně mění jednotlivé prostorové struktury a bílkoviny přestanou být biologicky aktivní. Tento proces nazýváme denaturace. Denaturované bílkoviny jsou však lépe stravitelné! Pečení, vaření smažení, grilování apod…
Bílkoviny mají sloţitou prostorovou strukturu: 1. Primární – určuje ji pořadí aminokyselin v peptidickém řetězci 2. Sekundární – je následné prostorové uspořádání řetězce (typickým tvarem je šroubovice nebo alfa helix – skládaný list) 3. Terciární – vzniká zprohýbáním sekundární struktury bílkoviny 4. Kvartérní – vzniká pospojováním terciárních struktur bílkovin do složitějších útvarů
Rozdělení bílkovin A - z hlediska sloţení: mohou být bílkoviny jednoduché – obsahují aminokyseliny spojené do peptidických řetězců a sloţené – obsahují nebílkovinné složky, které výrazně ovlivňují jejich vlastnosti (cukry - glykoproteiny, tuky - lipoproteiny, zbytek kys. fosforečné - fosfoproteiny…) B – podle tvaru: mohou být bílkoviny vláknité nebo kompaktní – kulovité.
Nejběţnější bílkoviny v organismech 1. stavební kolagen - cca 25% všech bílkovin (chrupavky, kosti, kůže, ale i ve svalech) keratin – vlasy, chlupy, nehty, kopyta, pokožka elastin – součást pružných vláken a vaziva aktin a myozin – bílkoviny svalových vláken peptidoglykan – buněčná stěna bakterií a sinic 2. zásobní gluten (lepek) – pšenice kasein – v mléce 3. regulační, ochranné, informační oxytocin – hormon hypofýzy - při porodu podněcuje stahy dělohy a ovlivňuje také vylučování mléka. Má vliv na psychiku člověka, podporuje pozitivní vztahy mezi lidmi inzulín – hormon slinivky – váže glukózu z krve do buněk. fibrinogen – rozpustná krevní bílkovina – umožňuje srážení krve!
Sacharidy – cukry (uhlohydráty) Po chemické stránce jsou to cyklické uhlíkaté sloučeniny. Rozdělení sacharidů Název počet stavebních jednotek příklady cukrů 1.monosacharidy 1 ribóza, glukóza, fruktóza 2.oligosacharidy 2 – 10 sacharóza, laktóza 3.polysacharidy řádově stovky až tisíce celulóza, škrob, glykogen, chitin Ribóza, deoxyribóza – pentózy (5 molekul uhlíku), které jsou součástí nukleových kyselin – DNA a RNA, nositelek genetických informací Glukóza – hexóza (6 molekul C) – produkt fotosyntézy, zdroj energie. V plodech rostlin (hroznové víno – až 30%) U živočichů v krvi. Základní stavební jednotka složitějších cukrů (celulóza). Sacharóza – řepný cukr – disacharid složený z fruktózy a glukózy – sladidlo vyráběné z cukrové řepy nebo třtiny. Důležitá složka potravy – v plodech, zásobních orgánech apod. Laktóza – mléčný cukr v mléce savců Celulóza – je složená z mnoha molekul glukózy – tvoří buněčné stěny rostlin, nejběžnější organická látka – nejčistší celulóza tvoří bavlnu. Vyrábí se z ní papír. Lignin (dřevovina) – základní složka dřeva, tvoří cca 30% jeho hmotnosti Škrob – zásobní polysacharid – plody (obilniny, brambory, luštěniny…) Glykogen – živočišný škrob – zásobní látka ve svalech a játrech obratlovců (včetně člověka) Chitin – stavební polysacharid – houby, vnější kostra hmyzu
Lipidy - Tuky Chemicky různorodé látky ve vodě nerozpustné. Nejčastěji mají stavební nebo zásobní funkci. U rostlin převládají kapalné - oleje, u živočichů - pevné tuky. Vosky – představují specifickou formu tuků. Jsou pevné, odpuzují vodu a nejčastěji mají ochrannou funkci – chrání před smáčením a pronikáním vody do buněk. Ovčí vlna – lanolín, plástve - včelí vosk. U rostlin pokrývají vosky nejčastěji listy a plody a chrání je tím před vysycháním, škůdci i smáčením. Sloţené lipidy – mají kromě esterů alkoholu a mastných kyselin také jiné chemické složky. Fosfolipidy – obsahují zbytek kys. fosforečné – buněčné membrány (CTM)
Steroidy – zvláštní skupina tuků odvozená od izoprénu. cholesterol – látka, kterou lidský organismus potřebuje pro tvorbu hormonů a vitamínu D. Cholesterol pomáhá tělu zpracovávat tuky, je také důležitý při tvorbě buněčných membrán. Příliš vysoká koncentrace v krvi však nese pro organismus zdravotní rizika, především onemocnění srdce – ucpávání cév – arterioskleróza. testosteron – mužský pohlavní hormon – sekundární pohlavní znaky – růst svalů, vousů atd. progesteron – ženský pohlavní hormon, produkuje ho žluté tělísko, navozuje vývoj mléčné žlázy, podporuje růst a výživu děložní sliznice
Nukleotidy a nukleové kyseliny Nukleotidy jsou sloučeniny, které nacházíme ve všech buňkách. Jejich molekulu tvoří cukr pentóza (ribóza nebo deoxiribóza) zbytek kyseliny fosforečné – (fosfát) a dusíkaté báze - (adenin, guanin, tymin, cytosin, uracil) Volné nukleotidy ATP – adenosintrifosfát – universální energetické platidlo. Při jeho štěpení se uvolňuje velké množství chemické energie – ta se využívá na: pohyb, transport látek, přenos nervového vzruchu atd. Dále mezi volné nukleotidy patří také NAD - nikotinamidadenindinukleotid, NADP nikotinamidadenindinukleotidfosfát.
Sloţené nukleotidy Vytváří spojením mnoha molekul významné nukleové sloučeniny – nositelky genetické informace – DNA a RNA (deoxyribonukleová a ribonukleová kyselina). (DNA kóduje pořadí aminokyselin v bílkovinách) Průměr šroubovice DNA je pouze cca 2 nm, délka molekuly je však několik mm aţ desítky cm. DNA se nachází v jádře buněk v útvarech, které nazýváme chromozómy.
Regulační látky v buňkách: Jsou účinné již při velmi malém množství, mají různé chemické složení Vitamíny – biologicky účinné látky, nepostradatelné při látkovém a energetickém metabolismu. Většina z nich vzniká v rostlinách, živočichové je musí přijímat ve stravě nebo je vyrábí z provitamínů (betakaroten v mrkvi). Hormony, fytohormony a feromony – biologicky aktivní látky – ovlivňují fyziologické procesy v organismu. Růst organismu, vývoj pohlavních orgánů a znaků, u rostlin ovlivňují kvetení, zbarvení rostlin i přeměnu světelné energie. Vylučují je žlázy s vnitřní sekrecí. Feromony - jsou známé především u hmyzu, jejich pomocí nejčastěji samičky lákají samečky. (využívají se při biologickém boji proti škůdcům - feromonové pasti na kůrovce).
